Fundamentos de procesos químicos

Fundamentos de procesos químicos es una obra elaborada como una guía de estudio para alumnos de ingeniería agrícola, industrial, ambiental, de alimentos, de petróleos, de procesos e ingeniería química, que requieren el manejo conceptual y práctico de los principios básicos que gobiernan la materia. El libro presenta las teorías, expresiones matemáticas y métodos de solución de los balances de materia y energía en operaciones y procesos unitarios, para sistemas tan simples como un equipo con una entrada y una salida, hasta procesos de múltiples unidades, con múltiples entradas y salidas, donde ocurren múltiples reacciones químicas, apoyadas en aspectos matemáticos, físicos, químicos y termodinámicos básicos. Se dedica un capítulo al proceso de combustión y se entrelaza con las teorías de humedad y saturación, con apoyo de la psicrometría. Se incluyen 23 ejemplos resueltos, 117 ejercicios propuestos y un glosario de 43 palabras que complementan el entendimiento del text

Caracterización física y química de residuos de frutas: cáscaras y semillas

Los residuos generados en la agroindustria del procesamiento y transformación de frutas representan el 50% de estas, lo cual indica que la mitad de la fruta procesada se desperdicia. Una forma de reducir la cantidad de esto residuos, es implementar sistemas de aprovechamiento. Sin embargo, antes de establecer qué procedimiento se debe realizar al residuo para su aprovechamiento, es necesario determinar sus características físicas y químicas. Esta obra ofrece una guía de las técnicas de análisis de propiedades físicas y químicas, y presenta los resultados experimentales de estas caracterizaciones para 50 residuos de frutas, entre cáscaras y semillas. A través de las características físicas se determinó: el índice de generación de residuos, tamaño, espesor, forma, dureza, densidad, humedad total y color. En tanto que, por medio de los análisis químicos, se estableció: el análisis próximo, elemental, contenido energético, composición estructural, bromatológica, compuestos bioactivos y capacidad antioxidante. Los resultados de estos análisis permitieron identificar posibles alternativas de aprovechamiento de los residuos de frutas. Entre estas alternativas están: la obtención de carbón activado, generación de energía por combustión directa, producción de combustibles por pirólisis, producción de alimento para animales, extracción de compuestos antioxidantes, entre otras.Lista de de símbolos y abreviaturas Lista de tablas Lista de figuras Prefacio Capítulo 1. Agroindustria de frutas en Colombia Agroindustria Clasificación de la agroindustria Agroindustria en Colombia Agroindustria de frutas en Colombia Frutas Partes de una fruta Nombre científico de algunas frutas Clasificación de las frutas Residuos de frutas Producción, área sembrada, rendimiento y consumo nacional de frutas Producción de residuos de frutas en Colombia Cáscaras de frutas Tipos de cáscaras de frutas Clasificación de las cáscaras de frutas como residuo Proporción de las cáscaras en las frutas Aprovechamiento de las cáscaras de frutas Semillas de frutas Tipos de semillas de frutas Clasificación de las semillas de frutas como residuo Proporción de las semillas en las frutas Aprovechamiento de las semillas de frutas Características físicas y químicas de las cáscaras y semillas de frutas Principales características físicas y químicas de las semillas de frutas Principales características físicas y químicas de las cáscaras de frutas Conclusiones Bibliografía Capítulo 2: Caracterización física de las cáscaras y semillas de frutas Caracterización por análisis del índice de generación de residuos de las cáscaras y semillas de frutas Método de análisis del índice de generación de residuos Características del índice de generación de residuos de las cáscaras y semillas de frutas Caracterización por análisis de tamaño y forma de las semillas y espesor de las cáscaras de frutas Método de análisis de tamaño, espesor y forma de las cáscaras y semillas Características de tamaño, espesor y forma de las cáscaras y semillas de frutas Caracterización por análisis de dureza de las cáscaras de frutas Método de análisis de dureza de las cáscaras Características de dureza de las cáscaras de frutas Caracterización por análisis de color de las cáscaras de frutas Método de análisis de color de las cáscaras Características de color de las cáscaras de frutas Caracterización por análisis de densidad de las cáscaras y semillas de frutas Método de análisis de densidad de las cáscaras y semillas Características de densidad de las cáscaras y semillas de frutas Conclusiones Bibliografía Capítulo 3. Caracterización química de las cáscaras y semillas de frutas – Parte 1 Caracterización por análisis próximo Método de análisis próximo Características inmediatas de las cáscaras y semillas de frutas Caracterización por análisis elemental Método de análisis elemental Características últimas de las cáscaras y semillas de frutas Caracterización por contenido energético Método de análisis del poder calorífico Características de poder calorífico de las cáscaras y semillas de frutas Conclusiones Bibliografía Capítulo 4. Caracterización química de las cáscaras y semillas de frutas – Parte 2. Caracterización por análisis de composición estructural Método de análisis de composición estructural Características de la composición estructural de las cáscaras y semillas de frutas Caracterización por análisis de compuestos bioactivos y capacidad antioxidante Método de análisis de compuestos bioactivos y capacidad antioxidante Características de compuestos bioactivos y capacidad antioxidante de las cáscaras y semillas de frutas Caracterización por análisis bromatológico Método de análisis bromatológico Conclusiones Bibliografía Glosario Índice temátic

Un nuevo modelo de cuantificación de la capacidad de pirólisis utilizando datos termogravimétricos aplicado a reprocesamiento de polímeros

Formulation of a new mathematical model, through the dimensional analysis methodology, to quantify the pyrolysis capacity of organic materials and thermoplastic polymers by means of the pyrolysis index is presented. The importance of this index is that it is possible to quantify the capacity of the polymer post-consumption or recycling to be pyrolyzed to obtain useful fuel fractions in the actual society. The new model is compared with three models of the literature, using non-isothermal (dynamic) thermogravimetric analysis data for the raw and reprocessed Polystyrene case study. This polymer is reprocessed five times in a single screw extruder. The raw and reprocessed polymer were characterized by proximate, elemental analysis and dynamic thermogravimetry under nitrogen atmosphere at four heating rates. A non-dimensional correlation was obtained to calculate the pyrolysis index as a function of the heating rate, characteristic temperatures, and conversion. It was found that the pyrolysis capacity increases with the heating rate and number of reprocessing in extrusion. In addition, the new model better fits the data to a linear trend between pyrolysis index with the heating rate and number of reprocessing.Se presenta la formulación de un nuevo modelo matemático, a través de la metodología de análisis dimensional, para cuantificar la capacidad de pirólisis de materiales orgánicos y polímeros termoplásticos por medio del índice de pirólisis. La importancia de este índice radica en que se puede cuantificar la capacidad que tiene polímero pos consumo o reciclado a ser pirolizado para la obtención de fracciones combustibles útiles en la actual sociedad. El nuevo modelo se compara con tres modelos de la literatura, a través de información del análisis termogravimétrico no isotérmico (dinámico) para el caso de estudio del Poliestireno virgen y reprocesado. Este polímero se reprocesa cinco veces en una extrusora monohusillo. El polímero virgen y reprocesado se caracterizaron por análisis próximo, elemental y termogravimetría dinámica en atmósfera de nitrógeno a cuatro velocidades de calentamiento. Se obtuvo una correlación adimensional para calcular el índice de pirólisis en función de la velocidad de calentamiento, temperaturas características, y conversión.  Se encontró que la capacidad de pirólisis aumenta con la velocidad de calentamiento y número de reprocesamientos en extrusión. Además, el nuevo modelo ajusta mejor los datos a una tendencia lineal entre el índice de pirólisis con la velocidad de calentamiento y número de reprocesamientos

Aprovechamiento potencial de residuos de la agroindustria caldense según su composición estructural

The aim of this document is to identify the main wastes of the agroindustry in the department of Caldas and, in accordance with its structural characterization, propose a potential use of waste. The structural characterization was carried out by determining the structural components (cellulose, hemicellulose and lignin) and non-structural components (extractives and ash) of each of the agroindustrial wastes. Considering these results, the potential applications of the wastes studied are identified according to their percentages of cellulose, hemicellulose, lignin and extractives. The results indicate that the seeds of orange and tangerine, the stem of tree tomato and the peels of mango, soursop, passion fruit and banana have a potential use in the industry of paper, textile, food and fermentable sugars, in the manufacture of biomaterials and in obtaining cellulose ether and esters, due to the percentage of cellulose present in them. Wastes with significant percentages of hemicellulose, such as pineapple and tree tomato peel and tree tomato seeds, have applications in the chemical, food and pharmaceutical industries. Mango, soursop and lulo peels, and the coffee grounds present high lignin contents, representing a potential source of compounds such as vanillin and lignosulfonates, which have applications in the food and chemical industry. Passion fruit, pineapple and mango peels have applications in the food and pharmaceutical industry due to their extractive content.El presente documento tiene como objetivo la identificación de los principales residuos de la agroindustria en el departamento de Caldas, la caracterización estructural de estos y proponer un aprovechamiento potencial. La caracterización estructural se lleva a cabo mediante la determinación de los componentes estructurales (celulosa, hemicelulosa y lignina) y no estructurales (extractivos y cenizas) de cada uno de los residuos agroindustriales. Teniendo en cuenta estos resultados, se identifican las aplicaciones potenciales de los residuos estudiados según sus porcentajes de celulosa, hemicelulosa, lignina y extractivos. Los resultados indican que las semillas de naranja y mandarina, el vástago de tomate de árbol y las cáscaras de mango, guanábana, maracuyá y plátano tienen un aprovechamiento potencial en la industria del papel, textil, alimenticia y azúcares fermentables, en la fabricación de biomateriales y en la obtención de éter y ésteres de celulosa, debido al porcentaje de celulosa presente en éstos. Los residuos con porcentajes importantes de hemicelulosa, como las cáscaras de piña y tomate de árbol y las semillas de tomate de árbol, pueden ser utilizadas en la industria química, alimenticia y farmacéutica. Las cáscaras de mango, guanábana y lulo, y la borra de café presentan altos contenidos de lignina por lo que representa una fuente potencial de compuestos como la vainillina y los lignosulfonatos, que tienen aplicaciones en la industria alimenticia y química. Las cáscaras de maracuyá, piña y mango tienen aplicaciones en la industria alimenticia y farmacéutica debido a su contenido de extractivos.&nbsp

Determinación de la Degradación Térmica de Polímeros por Análisis de Cambio de Color

Context: It has been observed that thermal degradation of thermoplastic polymers, when they are reprocessed by injection, extrusion and extrusion / injection, undergo color changes in the product, although it not has been established as this change occurs.Method: It analyzed the effect on thermal degradation caused by polymer type, processing type, polymer grade, rotation speed of the extrusion screw and number of reprocessing, which is quantified by the color change using an empirical equation, with experimental data obtained by analysis through a microcolor colorimeter.Results: It was found that the color change analysis provides information about progress of the thermal degradation and stability of thermoplastic polymers, which are undergoing to multiple reprocessing events and processes.Conclusions: It was established that this technique can be implemented as a simple and efficient measure of thermoplastic products quality control, according to their color change.Contexto: Se ha observado que la degradación térmica de polímeros termoplásticos, cuando son reprocesados por inyección, extrusión y extrusión/inyección, causa cambios de color en el producto, aunque no se ha establecido en qué medida produce este efecto.Método: Se analizó el efecto sobre la degradación térmica del tipo de polímero, tipo de procesamiento, grado del polímero, velocidad de giro del husillo en extrusión y el número de reprocesamientos, cuantificada a través del cambio de color mediante una ecuación empírica, empleando datos experimentales obtenidos por análisis en un colorímetro microcolor.Resultados: Se encontró que el análisis de cambio de color proporciona información del avance de la degradación y de la estabilidad térmica de polímeros termoplásticos al ser procesados en múltiples ciclos y procesos.Conclusiones: Se estableció que esta técnica se puede implementar como una medida simple y eficiente de control de calidad de productos termoplásticos, según su variación del color

Análisis Termogravimétrico y Estudio Cinético de la Pirólisis de Residuos Sólidos Veterinarios

Context: Institutional waste from clinical centers can be classified as those coming from health institutions dedicated to human attention and those coming from centers for animal veterinary care. The latter are mainly hazardous wastes, hence their disposal requires incineration. Most of such waste is organic, and it is possible, therefore, to take advantage of their energetic power in combustion or pyrolysis processes. This work is motivated because no literature was found on the pyrolysis kinetics veterinary waste, as this kind of studies are mainly focused on hospital waste of human health care.Method: The kinetics of pyrolysis is characterized and studied by means of thermogravimetric analysis of 6 major veterinary waste (gauze, cotton swabs, cotton, nails, hair, plastic syringes). The characterization is performed by proximate and elemental analysis, and thermogravimetric analysis. Reactivity characteristics and pyrolytic capability of wastes are established. The kinetics study on pyrolysis was carried out by determining the kinetic triplet by isoconversional Starink method.Results: It was established that the pyrolysis index increases with the heating rate and that the thermal degradation depends on the material type of the waste. Similarly, it was found that the temperature (ΔT = Tf - Ti) for the thermal decomposition of veterinary waste is: ΔTnails> ΔThair > ΔTcotton swabs > ΔTgauze > ΔTcotton > ΔTplastic syringes; the activation energy is Enails> E hair > Eplastic syringes > Ecotton swabs > E gauze > Ecotton, and the reaction order is: n hair > nnails > ncotton swabs > ncotton > n gauze > n plastic syringes.Conclusions: These results suggest the possibility of using veterinary wastes for power generation, providing an alternative for sustainable energy development to cities in continuous growth, from both, energetic and environmental points of view.Contexto: Ente los residuos institucionales se encuentran los residuos hospitalarios, que a su vez se dividen en residuos procedentes de instituciones de salud para la atención humana y para la atención de animales, estas últimas instituciones son comúnmente llamadas veterinarias. En general estos residuos son peligrosos, por lo cual su disposición final es a través de la incineración. Dado que la mayoría son residuos son orgánicos, se puede aprovechar su poder energético en procesos de combustión o pirólisis.Método: Se caracterizó y estudió la cinética de pirólisis, por análisis termogravimétrico, de 6 principales residuos veterinarios (gasas, hisopos, algodón, jeringas plásticas). La caracterización se realiza por análisis próximo, elemental y análisis termogravimétrico. Se establecen las características de reactividad y de capacidad de pirólisis. El estudio de la cinética de pirólisis se llevó a cabo mediante la determinación del triplete cinético por el método isoconversional de Starink.Resultados: Se estableció que el índice de pirólisis aumenta con la velocidad de calentamiento y que la degradación térmica depende del tipo de material del residuo. De igual manera se encontró que la temperatura (ΔT = Tf - Ti) para la descomposición térmica de los residuos veterinarios es: ΔTuñas > ΔTpelo > ΔThisopo > ΔTgasa > ΔTalgodón > ΔTjeringa., la energía de activación es Euñas > Epelo > Ejeringa > Ehisopo > Egasa > Ealgodón, y el orden de reacción es: npelo > nuñas > nhisopo > nalgodón > ngasa > njeringa.Conclusiones: Estos resultados sugiere la posibilidad de aprovechar los residuos veterinarios para la generación de energía, proporcionando un desarrollo energético sostenible a ciudades en continuo crecimiento, que buscan un avance rural sostenible desde el punto de vista energético y ambiental

Características termogravimétricas de carbonizados obtenidos a altas velocidades de calentamiento

La reactividad de un carbón en los procesos de combustión la determinan las características termogravimétricas de sus carboni- zados. En este trabajo se estudiaron las características termogravimétricas de carbonizados obtenidos en una reactor tubular de caída. Los carbonizados proceden de la desvolatilización de tres carbones bituminosos, se prepararon a tres tiempos (100, 150 y 300 ms), tres temperaturas (900, 1.000 y 1.100 °C) de desvolatilización y a altas velocidades de calentamiento (104K/s). Estos carbonizados se quemaron para obtener los perfiles de combustión por termogravimetría no isotérmica (calentando hasta 900°C) y por termogravimetría isotérmica a temperaturas de quemado 700, 800 y 900 °C. Por termogravimetría no isotérmica se determinaron las temperaturas características (temperaturas de ignición, pico y final). Se encontró que los carbonizados del carbón La Yolanda presentan los mayores valores de las temperaturas características. Por termogravimetría isotérmica se en- contró que la velocidad de quemado de los carbonizados de los tres carbones disminuye con el aumento del tiempo de desvo- latilización y de la temperatura de quemado.Coal reactivity during combustion is determined by the thermogravimetric characteristics of char. The thermogravimetric charac- teristics of chars obtained in a drop-tube furnace were studied in this work. Chars from the devolatilisation of three bituminous coals were obtained at three times (100, 150 and 300 ms), three temperatures (900, 1,000 and 1,100°C) and at high heat rate (104 K/s). The chars were burned using non-isothermal thermogravimetry (heated to 900°C) and isothermal thermogravimetry at 700°C, 800°C and 900°C to obtain their combustion profiles. Characteristic temperatures (ignition, peak and final tempe- ratures) were determined by non-isothermal thermogravimetry; it was found that chars from La Yolanda coal gave the highest figures for the characteristic temperatures. Isothermal thermogravimetry revealed that the combustion rate for the three coals decreased with increased devolatilisation time and combustion temperature

Estabilidad de procesamiento de polímeros: índice de degradación en proceso

Results of stability analysis in process for High Density Polyethylene extrusion grade (HDPE-GE), High Density Polyethylene injection grade (HDPE-GI), Low Density Polyethylene (LDPE), Polylactic Acid (PLA), Polycarbonate (PC), Polystyrene (PS), Polymethyl Methacrylate (PMMA) and Polypropylene (PP) are presented. These polymers are reprocessed in 5 cycles of extrusion, injection and extrusion/injection. Each virgin and reprocessed polymer was characterized respect to melt flow index and stability in process of each polymer by degradation index in process (IDP) was calculated. It was found that the polymers stability, from highest to lowest, during the extrusion is: LDPE> PS> PMMA> HDPE-GI> PP> PLA and during the injection is: HDPE-GI> PP> PLA> PC. Furthermore, it was determined that the rotational speed of screw does not affect the degradation process.Se presentan los resultados del análisis de estabilidad en proceso para polietileno de alta densidad grado extrusión (PEAD-GE), polietileno de alta densidad grado inyección (PEAD-GI), polietileno de baja densidad (PEBD), poliácido láctico (PLA), policarbonato (PC), poliestireno (PS), polimetíl metacrilato (PMMA) y polipropileno (PP). Estos polímeros se reprocesaron en 5 ciclos de extrusión, inyección y extrusión/inyección. Cada polímero virgen y reprocesado se caracterizó respecto al índice de fluidez y se calculó su estabilidad en proceso mediante el índice de degradación en proceso (IDP). Se encontró que la estabilidad de los polímeros, de mayor a menor, durante la extrusión es: PEBD> PS> PMMA> PEAD-GI> PP> PLA, y en la inyección: PEAD-GI> PP> PLA >PC. Además, se determinó que la velocidad de giro del husillo no afecta la degradación en proceso.&nbsp

Densified fuels energy characteristics of waste from isabella grapes (Vitis labrusca L.)

Los procesos de densificación son utilizados para mejorar las características fisicoquímicas de biomasa, con la finalidad de que esta sea empleada como combustible. En este trabajo se muestran los resultados de las características energéticas que presentan los residuos provenientes del cultivo (sarmientos) y producción de jugo de uva (hollejos, escobajos y semillas), al ser densificados. Para evaluar las características energéticas, tanto los residuos como las briquetas se caracterizaron respecto a su análisis próximo, análisis último y se determinó el índice de reactividad por medio de la relación materia volátil/carbono fio (MV/CF). Se encontró no fue posible densificar las semillas por la presencia de aceite en su composición, pero es el residuo de mayor HHV. También se encontró que el proceso de densificación favorece la concentración de energía y se recomienda elaborar briquetas con la mezcla de los residuos tal cual se obtienen en el cultivo y procesamiento de la uva.  Densification processes are used to enhance the physicochemical characteristics of biomass, in order to be used as a fuel. In this paper the energy characteristics results of waste from crop (shoots) and grape juice production (skins, seeds and stalks), when they are densified, are presented. To establish the energy characteristics, both as waste briquettes were characterized regarding their proximal analysis, elemental analysis and calorific power, and the reactivity index was determined by the volatile / fixed carbon (MV / CF) material relationship. It was found that the seeds were not possible densified by oil presence in their composition but it is waste of higher HHV. It was also found that the densification process benefits the energy concentration and it is recommended to produce briquettes mixing the waste obtained in the crop and processing of grapes

Variables de operación en el proceso de transesterificación de aceites vegetales: una revisión - catálisis química

Este artículo presenta los resultados de una revisión bibliográfica de los efectos de las variables de operación sobre el rendi- miento en la transesterificación química de aceites vegetales. Las variables estudiadas fueron: temperatura y tiempo de reacción, concentración molar alcohol:aceite vegetal, tipo de alcohol, tipo de catalizador, concentración de catalizador, intensidad del mezclado, y concentración de ácidos grasos libre y humedad. También se reporta que este proceso se ha llevado a cabo em- pleando catalizadores ácidos y básicos, a través de procesos catalíticos homogéneos y heterogéneos, para una amplia variedad de aceites. Se encontró que el rendimiento de la reacción se incrementa cuando la temperatura y el tiempo de reacción aumen- ta, pero disminuye a bajas concentraciones de catalizador ( and lt; 0,5% w/w) y altos contenidos de ácidos grasos libres ( and gt; 1% w/w) y humedad ( and gt; 3% w/w) en el aceite.This article describes the results of a bibliographic review of the effects of operation conditions on process yield in the chemical transesterification of vegetable oil. The parameters studied were: temperature and time reaction, alcohol:oil molar ratio, catalyst and alcohol type, catalyst concentration, mixed intensity and free fatty acid and water concentration. It also reports that this pro- cess has been carried out with basic and acid catalysts using homogeneous and heterogeneous catalytic processes for a wide va- riety of oils. It was found that reaction yield increased when temperature and time reaction increased; however this parameter de- creased at low catalyst concentration ( 1% w/w) and water ( and gt; 3% w/w) concentration in oil